煉鐵工藝培訓(xùn)

39/39煉鐵工藝和原燃料第一節(jié)煉鐵工藝簡介一。鋼鐵工業(yè)在國民經(jīng)濟中的作用鋼鐵工業(yè)在人類社會活動中占有極其重要的地位，工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通及國防等工業(yè)均離不開鋼鐵，一個國家的鋼鐵生產(chǎn)水平,直接反映了這個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展程度和人民的生活水平。二、我國煉鐵史簡述三、現(xiàn)代化高爐煉鐵生產(chǎn)工藝流程鐵廣泛地存在自然界中，鐵在自然界中的貯存量僅次于鋁，居第二位（Ａｌ：7。5％、鐵：5.１%），自然界中的鐵元素主要以氧化物的形式存在于礦石中，如赤鐵礦（Fｅ２O3）磁鐵礦（Fe３Ｏ４)等。高爐冶煉生鐵的本質(zhì)是從鐵礦石中將鐵還原出來，并熔化成生鐵流出爐外.還原鐵礦石需要的還原劑和熱量由燃料燃燒產(chǎn)生，煉鐵的主要燃料是焦炭，使用了噴吹煤粉、重油、天燃氣等輔助燃料新工藝過程,隨著采礦、選礦和造塊等技術(shù)的不斷發(fā)展,現(xiàn)代幾乎采用了人造富礦(燒結(jié)礦、球團礦)作為含鐵原料.在高爐煉鐵生產(chǎn)中,高爐是工藝流程的主體，從上部裝入礦石、燃料和熔劑向下運動，下部鼓入空氣燃燒燃料,產(chǎn)生大量的還原性氣體向上運動，爐料經(jīng)過加熱、還原、熔化、造渣、滲碳、脫硫等一系列的物理化學(xué)過程，最后生成液態(tài)爐渣和生鐵。高爐是一個豎式圓筒形冶煉爐，由爐基、爐殼、爐襯及冷卻設(shè)備、支柱或框架組成.從上至下分為:爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸五部分。高爐煉鐵的工藝流程組成：以高爐本體為核心，高爐生產(chǎn)還包括以下幾個系統(tǒng):上料系統(tǒng)、裝料系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、煤氣回收與除塵系統(tǒng)、渣鐵處理系統(tǒng)、煤粉噴吹系統(tǒng)以及為這些系統(tǒng)服務(wù)的動力系統(tǒng)。1．上料系統(tǒng)：包括貯礦場、貯礦槽、焦炭滾動篩、稱量漏斗、稱量車、料坑、斜橋和卷揚機,大型高爐采用皮帶上料.這些設(shè)備根據(jù)冶煉工藝要求,把礦、焦等原燃料配成一定質(zhì)量和成分的“料批"運到爐頂裝入受料漏斗.2。裝料系統(tǒng):鐘式爐頂包括：受料漏斗，旋轉(zhuǎn)布料器，大小鐘漏斗,大、小鐘,大、小鐘平衡桿，探尺，高壓操作的高爐還有均壓閥和放散閥。無料鐘爐頂包括:受料罐、上料閘、上密封閥、稱料罐、閥門箱、料流調(diào)節(jié)閥、下密封閥、中心喉管、齒輪箱等。本系統(tǒng)的任務(wù)是均勻地按工藝要求將上料系統(tǒng)到來的爐料裝入爐內(nèi).3.送風(fēng)系統(tǒng):包括鼓風(fēng)機、熱風(fēng)爐、熱風(fēng)總管、換熱器等，本系統(tǒng)的任務(wù)是把從鼓風(fēng)機房送出來的冷風(fēng)加熱送入高爐。4．煤氣回收及除塵系統(tǒng)：包括煤氣上升管、煤氣下降管、重力除塵器、洗滌塔、文式管、脫水器、電除塵器或布袋除塵器等.高壓高爐還有高壓閥組。本系統(tǒng)的任務(wù)是將爐頂引出的含塵量很高的荒煤氣凈化成合乎要求的氣體燃料。5．渣鐵處理系統(tǒng):包括出鐵場、泥炮、開口機、爐前吊車、鐵水罐、渣水罐、鑄鐵機、堵渣機、沖渣池及其爐前水力沖渣設(shè)施等。本系統(tǒng)的任務(wù)是定期將爐內(nèi)渣、鐵出凈,保證高爐連續(xù)生產(chǎn)。6。噴吹系統(tǒng):噴吹系統(tǒng)目前以噴煤為主，噴吹系統(tǒng)有制粉機、收集罐、貯存罐、噴吹罐、混合器和噴槍。本系統(tǒng)的任務(wù)是磨制、收存和計量后把煤粉或重油從風(fēng)口噴入高爐.7.動力系統(tǒng):該系統(tǒng)包括水、電、壓縮空氣、氧氣、蒸氣等生產(chǎn)供應(yīng)部門,本系統(tǒng)的任務(wù)是為高爐提供保障服務(wù)。制氧提供氧氣和氮氣.四、高爐冶煉產(chǎn)品高爐生產(chǎn)的主要產(chǎn)品是生鐵，副產(chǎn)品有爐渣、煤氣和爐塵.生鐵、鋼和熟鐵都是鐵碳合金，它們的主要區(qū)別是含碳量不同，含碳量小于0。2％的為熟鐵,含碳量0.2％－1．7％的為鋼，含碳量1。７％以上的為生鐵。高爐生鐵含碳量為4％左右。1。生鐵生鐵分為煉鋼生鐵和鑄造生鐵,它們的主要區(qū)別是含硅量不同。表1、表２分別為煉鋼生鐵和鑄造生鐵。２．爐渣爐渣有許多用途.液態(tài)爐渣用水急冷水淬成水渣,是良好的制磚和制水泥原料.液態(tài)爐渣用高壓蒸氣或壓縮空氣吹成渣棉,可做絕熱材料。冷凝后的干渣也是制磚和制水泥原料.３。高爐煤氣每冶煉1噸生鐵約產(chǎn)生1700－2500ｍ3煤氣，其化學(xué)成分有ＣO2(15—2０%），CＯ（２0－３0%）,H2（1－3％），N2（56—58%）和少量的ＣH4經(jīng)除塵后能成為很好的低熱值氣體燃料，發(fā)熱值一般為29０0—3800KJ/m3，高爐煤氣是無色無味透明的氣體，由于含ＣO較高，會使人中毒致死.當(dāng)煤氣與空氣混合，煤氣含量達到４6—６2%，溫度達到著火點(650℃）時,就會發(fā)生爆炸。因此，在煤氣區(qū)域工作時要特別注意防火防爆和煤氣中毒.４．爐塵（瓦斯灰)爐塵是隨著高速上升的煤氣帶出高爐的細顆爐料,在除塵系統(tǒng)與煤氣分離.爐塵中主要是含鐵、含碳，每冶煉1噸生鐵約產(chǎn)生10-15Kｇ爐塵。爐塵回收后可作為燒結(jié)原料,也可制水泥。我們漣鋼的爐塵含碳量達30－50％,可做燒磚用的燃料.表1煉鋼用生鐵GＢ/T７17—1９９８鐵種煉鋼生鐵鐵號牌號煉04煉08煉０10代號L04L0８L０１0化學(xué)成份C≥0．３5Si≤0。45〉0．45—０．８5>0。85—１．25Ｍｎ一組≤0.4二組>0。4－１．0三組＞１．00－２。00P特級≤０．１一級≤0.100－０。1５二級＞0.15—０。25三級＞0。２5-0.40S特級≤0。02一類＞０。02-0。０3二類＞0．03－0．05三類＞０。05-0．07五。高爐煉鐵主要技術(shù)經(jīng)濟指標對高爐生產(chǎn)技術(shù)水平和經(jīng)濟效益的總要求是高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗、長壽和安全，主要指標有：1.高爐有效容積利用系數(shù)η：它是指每立方米高爐有效容積一晝夜生產(chǎn)煉鋼鐵的噸數(shù)：η＝P／Vu(ｔ/m３.ｄ)2.冶煉強度I：分為焦炭冶煉強度和綜合冶煉強度兩個指標。焦炭冶煉強度是指每晝夜、每立方米高爐有效容積消耗的焦炭量,即一一晝夜裝入高爐的干焦炭(Qk）與有效容積（Vｕ)的比值：I焦＝Ok/Vu(t/m3。d）由于采用噴吹技術(shù)，將噴吹的燃料量與焦炭量相加后與有效容積之比稱為綜合冶煉強度：I綜=（Ｏ噴+Ok)／Vｕ（t/m3.d）3.休風(fēng)率:休風(fēng)率是指高爐休風(fēng)停產(chǎn)時間占規(guī)定日歷作業(yè)時間的百分數(shù),規(guī)定日歷作業(yè)時間是指日歷時間減去計劃大、中修時間和封爐時間。4.生鐵合格率：這是質(zhì)量指標.生鐵化學(xué)成分符合國家標準時稱合格生鐵。生產(chǎn)合格生鐵占高爐總鐵量的百分數(shù)即為生鐵合格率。５。焦比K：它是冶煉１噸生鐵所需的干焦量：K＝Ｑｋ／（Kg/t)6。折算焦比K折：它是將所煉某種生鐵折算成煉鋼鐵以后,計算1噸煉鋼鐵所需的干焦量：K折==Qk/PｘA(Kｇ/t）。7.煤比Y（油比M）:煤比是指冶煉1噸生鐵所噴吹的煤粉量。Y＝Qｙ/p(Kｇ/t）８.綜合燃料比：它是冶煉1噸生鐵所需的干焦量與煤粉、重油量之和。K綜＝(Qk+Qy＋Ｏm)/Ｐ(Kg/t)９。 綜合焦比：首先應(yīng)確定煤粉或油或焦炭的置換比。噴吹單位重量（體積)的燃料所能代替焦炭的數(shù)量稱為燃料置換比。綜合焦比是指冶煉１噸生鐵所噴吹的煤粉或重油乘上置換比折算成干焦量。再與冶煉1噸生鐵所噴吹的干焦量相加即為綜合焦比。１0。生鐵成本:生鐵成本是指冶煉1噸生鐵所需的費用，包括原料、燃料、動力、工資及管理等費用。生鐵成本是評價高爐經(jīng)濟效益好壞的重要標志.表2鑄造用生鐵ＧB7１8-８2鐵種鑄造用生鐵鐵號牌號鑄34鑄30鑄2６鑄22鑄1８鑄１4代號Z3４Z3０Z２6Ｚ22Z18Z14化學(xué)成分Ｃ＞3.3Si>3。２－3。６〉2.8-３。2〉2。４—2.8＞2．０—２．4＞１.６－2。0>1。25-1.6Mn、P、S第二節(jié)含鐵原料和輔助原料一、鐵礦石分類：根據(jù)鐵礦石含鐵礦物的主要性質(zhì)，按其礦物組成，通常將鐵礦石分為四大類：磁鐵礦、赤鐵礦、褐鐵礦、菱鐵礦⑴磁鐵礦石：主要含F(xiàn)e礦物為磁鐵礦，化學(xué)式為Ｆｅ3Ｏ4；理論含鐵量為72.4%，密度5.2t/m3；顏色為黑色或灰色，有光澤；致密、堅硬、難還原；⑵赤鐵礦石:主要含F(xiàn)ｅ礦物為赤鐵礦,化學(xué)式為Ｆe2Ｏ３;理論含鐵量為７0％，密度4．９~５。3t／m3；顏色為紅色或淺灰色;軟、易破碎、易還原;⑶菱鐵礦石：主要含F(xiàn)ｅ礦物為菱鐵礦,化學(xué)式為FeCO3;理論含鐵量為４8。2%,密度3.８t/ｍ3；顏色為灰?guī)в悬S褐；易破碎、焙燒后易還原；⑷褐鐵礦石:主要含F(xiàn)e礦物為含結(jié)晶水的氧化鐵，化學(xué)式為mFe2O3ｎH2O（m=１、2、3；ｎ=1、2、3、４），理論含鐵量為55.2～66。1%,密度２.5～５。0t/ｍ3；顏色為黃褐、暗褐或絨黑;疏松、易還原；二鐵礦石質(zhì)量評價：決定鐵礦石質(zhì)量的主要因素是其化學(xué)成分、物理性質(zhì)和冶金性能。優(yōu)質(zhì)鐵礦石應(yīng)具備以下幾點:含鐵量高，脈石少有害雜質(zhì)如硫、磷少化學(xué)成分穩(wěn)定粒度合適、均勻具備一定的機械強度和良好的高溫冶金性能分述如下:⑴鐵礦石含鐵量含鐵量亦即品位，是衡量鐵礦石質(zhì)量的主要指標。一般把實際含鐵量占理論含鐵量7０%以上稱為富礦，低于此值稱為貧礦,有使用價值的鐵礦石含鐵量一般在23%－65%之間。富礦經(jīng)過破碎、篩分可直接冶煉，貧礦需經(jīng)過選礦富化，造快后才能使用。有無開采價值，開采后能否直接入爐及其冶煉價值的高低主要取決于含鐵量。我國礦石平均品位３3％左右，低于世界鐵礦石平均品位１１%。入選原礦品位一般為3０～31％，已探明鐵礦石儲量的97。５％是需要選礦加工的貧鐵礦。我國鐵精礦粉品位為51.６％~６８％，平均6２.35%.⑵脈石成分鐵礦石的脈石的成分一般都是SｉＯ2、Ａl2O３、CaO、MgO等，以SiO２為主的脈石稱為酸性脈石，以ＣaO和MgO為主的脈石稱為堿性脈石。現(xiàn)有的鐵礦石資源中,絕大多數(shù)以酸性為主，含量最高，最應(yīng)重視的是SiＯ２,因為鐵礦石中SｉO2含量的增加，必然需要加入等量以上的CａＯ,將引起高爐渣量成雙倍以上的增加，因此要求SiO2含量少一些，CａO含量多一些,MgＯ多一些,Al2O3少一些.⑶有害雜質(zhì)和有益元素含量鐵礦石中的某些元素對高爐冶煉有不利影響，或使鋼鐵性能變壞,這些元素稱為有害元素或有害雜質(zhì).通常指硫、磷、鉛、砷等.高爐冶煉中要求礦石中的有害元素或有害雜質(zhì)愈少愈好。a、硫：硫?qū)︿撟顬橛泻Φ脑?它使鋼鐵材料具有熱脆性。b、磷：磷也是有害元素,它使鋼鐵材料具有冷脆性。c、鉛:鉛在礦石中一般以硫化物（PbS）存在,它在高爐中很易還原.鉛不熔于生鐵且其比重大于生鐵,因此沉入爐底，滲入磚縫破壞爐底,甚至使爐底砌磚漂浮。d、鋅：鋅在鐵礦石中多以硫化物存在（ZnS）。鋅在高爐極易還原，還原的金屬鋅在9０0℃時開始揮發(fā)，上升至高爐上部以氧化成ZnO,部分粘結(jié)在爐墻上生成爐瘤。e、砷：砷在礦石中一般以硫化物存在,它在高爐冶煉過程中全部還原進入生鐵，鋼中含砷大于0．1％時，它能使鋼的脆性增加且焊接性能變壞。(4)、有益元素許多鐵礦石中常伴有錳、鉻、釩、鈦、鎳、銅等元素，形成多金屬和共生礦,這些金屬能改善鋼材的性能，是重要的合金元素，稱為有益元素。(５)、礦石的還原性是評價鐵礦石質(zhì)量的重要指標之一。鐵礦石的還原性是指鐵礦石被還原氣體ＣO或Ｈ2還原的難易程度,還原性好，有利于降低焦比。影響鐵礦石還原性能的主要因素有：礦物組成、礦石本身結(jié)構(gòu)的致密程度和氣孔率等。氣孔率大的礦石透氣性好，氣體還原劑與礦石的接觸面增加，加速鐵礦石的還原。（6）礦石的高溫性能：軟化性和熔滴性軟化性:礦石的高溫性能是指在高溫狀態(tài)下開始軟化溫度和軟化區(qū)間兩個方面.開始軟化溫度是指鐵礦石在一定荷重下加熱的開始變形溫度;軟化區(qū)間是指鐵礦石軟化開始到軟化終了的溫度范圍。通常礦石的開始軟化溫度高，則軟化區(qū)間較窄，反之，則軟化區(qū)間較寬。高爐冶煉要求鐵礦石具有較高的開始軟化溫度和較窄的軟化區(qū)間，以使爐內(nèi)不會過早地形成初渣,即成渣位置低，軟熔區(qū)小，有助于改善料柱透氣性。反之，初渣形成過早,初渣中FeＯ含量高，使爐內(nèi)透氣性變壞,并增加爐缸熱負荷，嚴重影響冶煉過程的正常進行。測定時將礦石在荷重還原條件下收縮率為4%時的溫度定為軟化開始溫度，收縮率為４0%時的溫度定為軟化終了溫度.熔滴性：礦石軟化后，在高爐內(nèi)繼續(xù)下行，被進一步加熱和還原,并開始熔融。在熔渣和金屬達到自由流動、積聚成滴前,軟熔層透氣性極差,出現(xiàn)很大的壓力降。高爐軟熔帶壓力降約占高爐料柱總壓力降的60％。人們對礦石在模擬高爐冶煉條件下的熔滴過程進行研究，測定其滴落開始溫度、終了溫度及過程壓力降作為評價礦石熔滴性能的依據(jù)。高爐操作要求礦石的熔滴溫度高些、區(qū)間窄些、△Pmaｘ低些為好.（7）礦石的粒度鐵礦石的粒度過小會影響爐內(nèi)料柱的透氣性，使煤氣上升的阻力增大。粒度過大,又使礦石的加熱和還原速度降低。因而規(guī)定粒度小于5㎜的礦粉應(yīng)在入爐前盡可能篩除。而粒度上限依礦石本身的還原性而不同，一般來說礦石粒度最大為４0～50㎜,最好的范圍是25~35㎜。在縮小鐵礦石粒度的同時，還應(yīng)使粒度均勻。粒度分布范圍較大的礦石應(yīng)分級入爐。近年來普遍有降低粒度的趨勢.(8）礦石的氣孔率礦石的氣孔率有體積氣孔率和面積氣孔率兩種表示方法；體積氣孔率是指礦石的孔隙占總體積的百分比；面積氣孔率是指單位體積內(nèi)氣孔表面積的絕對值.高爐冶煉希望礦石的氣孔率要大，燒結(jié)礦和球團礦能滿足這種要求。（9)礦石的機械強度和熱強度鐵礦石的機械強度是指耐沖擊、耐摩擦、耐擠壓的強弱程度。高爐容積的不斷擴大對入爐鐵礦石的機械強度的要求也相應(yīng)提高,鐵礦石強度低，轉(zhuǎn)運時產(chǎn)生大量粉末，使入爐成本上升,入爐后產(chǎn)生大量粉末，既增加了爐塵損失,又阻塞了煤氣通路，降低了料柱透氣性,使高爐操作困難。天然塊礦的強度一般都比較好，球團礦次之，燒結(jié)礦最差.熱強度：冶煉條件下礦石可能由于以下兩種因素而減低強度：物理吸附水或化學(xué)結(jié)晶水的蒸發(fā)使礦石破裂；礦石結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，強度降低或產(chǎn)生裂縫。一般檢查項目有:①熱爆裂性。通常把具有一定粒度的冷塊礦加入預(yù)熱到一定溫度的容器中，按照爆裂成碎片的比例來衡量,或者按一定升溫速度下的爆裂程度來衡量。②低溫還原粉化率。鐵礦石還原過程中,在400～6００℃和８0０～１00０℃兩個溫度區(qū)間會產(chǎn)生爆裂或強度下降。在400~６00℃是因為Ｆｅ2O3還原到Ｆe３Ｏ4或FeO有晶格變化和CO的析碳反應(yīng)，在鐵礦石中形成裂縫，乃至粉化。在800~100０℃則是因為礦石軟熔。常用低溫還原粉化和荷重軟化兩種檢驗方法來測定.低溫還原粉化測定有靜態(tài)法和動態(tài)法兩種方式.詳見下頁表.③熱膨脹性.礦石加熱后體積膨脹,球團礦更盛。一般認為，體積膨脹率在2０%以上的球團礦就不宜在高爐中大量使用，因為冶煉時可能造成懸料.礦石體積膨脹率ＲSI＝(V1—Ｖ０）/V０×1００％式中V１、V０—-分別為膨脹后體積和原始體積.（10）、礦石各種指標的穩(wěn)定性高爐要保證正常生產(chǎn)，必須有一個相對穩(wěn)定的冶煉條件,即不但要有足夠數(shù)量的原料，而且要求各項理化性能相對穩(wěn)定。特別是礦石的品位、脈石成分和數(shù)量、有害元素、還原性能等指標的波動，會導(dǎo)致各項指標下降(如焦比、產(chǎn)量、效益等）三、鐵礦石的混勻和中和由于礦山開采的礦石不能直接加入高爐進行冶煉，這是由于原礦含鐵量及其它化學(xué)成分波動很大,并有多種金屬共生物,粒度組成懸殊等原因所致，必須經(jīng)過加工處理才能使用。一般天然富礦在入爐前進行整粒和混勻。貧礦和多種金屬共生礦經(jīng)過選礦去除雜質(zhì)、回收有用成分，加工成成造富礦后使用。所以.鐵礦石加工處理的目的,主要是使高爐上精料，以改善高爐生產(chǎn)指標,并做好鐵礦資源的綜合利用.1．破碎:根據(jù)對產(chǎn)品的粒度要求不同，可分為粗碎、中碎、細碎及粉碎幾個級別，粗碎從10０0mm破碎到100mm，中碎是從１00mｍ破碎到30ｍm，細碎是從30ｍm破碎到5ｍm，粉碎是從5mm破碎到１ｍm以下。2。篩分:經(jīng)過破碎后的天然富礦粒度很不均勻，通過篩分可除去粉未并篩出超過規(guī)定粒度上限的大塊,進行再破碎，還可完成粒度分級,使原料分級入爐或單級供高爐使用.3?；靹颍夯靹蛞卜Q中和,目的是在于穩(wěn)定礦石的各種性質(zhì)?；靹蚝笠蟮V石品位的波動小于1％，混勻的主要手段是“平鋪直取”。４．焙燒:焙燒是把礦石在一定的氣氛中加熱到比其熔點低20０－300℃,以改善礦石的化學(xué)組成和性質(zhì);去除原料中的有害雜質(zhì);回收有用元素；同時還可以使礦石組織疏松，便于破碎和提高礦石的還原性。按照焙燒的氣氛不同分為：氧化焙燒、還原磁化焙燒和氯化焙燒等。５．選礦：選礦的目的是為了提高礦石的品位，對于復(fù)合礦可回收其中有用成分，除去有害雜質(zhì)。選礦的常用方法有磁選和浮選。四、燒結(jié)礦和球團礦1.燒結(jié)礦的質(zhì)量評價（以一級品為例)：⑴品位：TFe含量波動范圍不超過0．５%⑵堿度:R２（＝ＣaO/SｉO2)波動范圍不超過0。08倍⑶轉(zhuǎn)鼓和篩分指數(shù)：轉(zhuǎn)鼓(+６．3㎜）≥7２%,篩分指數(shù)≤8％⑷粒度:＜5㎜的粉礦應(yīng)篩除。(煉鐵廠規(guī)定入爐礦中＜5㎜的不超過５％）２。球團礦的質(zhì)量評價內(nèi)容有?。浩肺环€(wěn)定性ⅱ：堿度的穩(wěn)定性以及ＳiO２的含量ⅲ：礦石的含硫量ⅳ:粒度范圍（國內(nèi)球團以6~１6㎜為宜)附錄：主要含鐵原料化學(xué)成分表(以２０06年1月煉鐵廠的技術(shù)專業(yè)月報數(shù)據(jù)為例)成分品名原料化學(xué)成分(％）ＴFeＦeＯSiＯ2Al2O3ＣａOMｇOSP燒結(jié)礦55。１74.294。981.4６11。9７2．050。0１80．048自產(chǎn)豎窯球團礦６2。990.３８5．５94.5４1。２91。1９０。0０60。１65湖北豎球6３.５54。471．460．990．620．０17０.０22進口球團6５．８63.38０。３58０。3250.10.0１5７０．0０84南非礦6５.893。0１１。３9０.０90。10.0２10．０66澳礦６3.７９2.９２1．３29０.11６９0.10。03１50。07８6五。熔劑在目前的原材料條件下，高爐采用“高堿度燒結(jié)礦+酸性球團+塊礦”的爐料結(jié)構(gòu)，熔劑直接入爐量逐漸減少,現(xiàn)在熔劑多應(yīng)用于燒結(jié)工藝。（浙江杭鋼）⑴熔劑的主要作用是助熔和造渣。⑵熔劑按性質(zhì)分成三大類堿性熔劑:主要有石灰石CaCO3，白云石ＣaＣO3·MgCO3酸性熔劑：主要有硅石ＳiO2中性熔劑：主要有鐵釩土⑶熔劑成分的波動將引起高爐造渣制度的波動。有時為了保持燒結(jié)礦堿度和基本爐料結(jié)構(gòu)不變，以確保高爐爐況的穩(wěn)定,需要通過微量調(diào)劑使高爐爐渣堿度不發(fā)生變化.當(dāng)下調(diào)堿度時，越來越多的企業(yè)不使用硅石，而使用含SiO2量較高的天然塊礦（如海南塊礦)代替，由于加入量比硅石多，容易控制,避免了爐渣堿度的劇烈波動。而且由于加入SiO2的同時也帶入了鐵元素,有助于減少高爐渣量。當(dāng)上調(diào)堿度時，也可以用轉(zhuǎn)爐鋼渣塊代替石灰石或者白云石直接入爐。⑷對堿性熔劑石灰石的質(zhì)量要求：一是熔劑中的堿性氧化物(CaO+MgＯ）含量要高，而酸性氧化物（SiO２+Al2O3）含量要低,一般要求石灰石中酸性氧化物含量不超過3。5％；二是有害雜質(zhì)S、P含量越少越好；三是要求石灰石有一定的強度和均勻的粒度組成。大高爐要求２５~50ｍm，小高爐要求10～30ｍm.六．輔助原料可分為以下三大類:含鐵原料：如碎鐵等洗爐劑料：如錳礦、螢石等護爐劑料：如釩鈦礦等附錄：鐵燒結(jié)礦、球團礦的企業(yè)標準Q/OHＡC100—2004中的有關(guān)技術(shù)要求：Ⅰ優(yōu)質(zhì)鐵燒結(jié)礦的技術(shù)要求應(yīng)符合下表規(guī)定：項目名稱化學(xué)成分，％物理性能，％冶金性能，％TFeRＦeOS轉(zhuǎn)鼓指數(shù)(＋6.3ｍm）篩分指數(shù)（-５mm)低溫還原粉化指數(shù)(RDＩ）(+3.15ｍm）還原度指數(shù)（RI)允許波動范圍±0.4±0。05±0.5—指標≥５7≥1。７<9＜0。０3≥72<６≥７4≥78Ⅱ普通鐵燒結(jié)礦的技術(shù)要求應(yīng)符合下表規(guī)定:項目名稱化學(xué)成分，％物理性能，%冶金性能，％堿度品級TFｅＲFeOＳ轉(zhuǎn)鼓指數(shù)(+6.3mm）篩分指數(shù)（—5ｍm）低溫還原粉化指數(shù)（ＲＤI)(+3.1５mｍ）還原度指數(shù)（RＩ)允許波動范圍不大于1．5~2.5一級±0。5±0。０81１0.0７687≥74≥７8二級±1.0±0。1２12０。１０659≥7２≥７5Ⅲ球團礦的技術(shù)要求應(yīng)符合下表的規(guī)定：品級化學(xué)成分，%物理性能，％冶金性能,%TFeＲFeOS轉(zhuǎn)鼓指數(shù)（＋6．3mm)抗壓強度(N/個球）篩分指數(shù)(-5ｍm）膨脹率還原度指數(shù)(RＩ)允許波動范圍不大于一級±0．5±０.081０.0５≥90≥２０００<５≤15≥6５二級±1.0±０．1220。08≥８６≥1５00〈5≤20≥65第三節(jié)燃料高爐用燃料主要有焦炭和噴吹用煤粉。下面僅僅介紹焦炭的有關(guān)內(nèi)容:⒈焦炭的作用發(fā)熱劑:焦炭在高爐冶煉中作為主要的能量來源,使高爐內(nèi)各種化學(xué)反應(yīng)得以進行.高爐冶煉所需消耗的熱量有７0－8０％來自燃料的燃燒。還原劑：焦炭中的固定碳（C)和它燃燒產(chǎn)生的ＣO、H2與鐵礦礦石中各級氧氣物反應(yīng),將鐵還原出來。料柱骨架:高爐內(nèi)的礦石和熔劑下降到高溫區(qū)時,全部軟化和熔化成液體，焦炭則即不熔化也不軟化，因而成了高爐內(nèi)支承料柱的骨架。⒉焦炭的化學(xué)成分焦炭的化學(xué)成分決定了其化學(xué)性質(zhì)?；瘜W(xué)成分包含有五個方面,即固定碳、灰分、硫分、揮發(fā)分、水分的百分含量。⒊對焦炭的質(zhì)量要求亦即其化學(xué)成分的要求,有以下五各方面：⑴固定碳和灰分是焦炭的主要組成部分，兩者互為消長關(guān)系。固定碳含量高，單位焦炭提供的熱量和還原劑就多，灰分含量就低?；曳趾扛咚鶐淼牟涣加绊懹校孩僖蚧曳种?０%是SｉO2和Al2O3，灰分高,則高爐渣量增加。②灰分在煉焦過程中不能熔融，對焦炭中各種組織的黏結(jié)很不利,使裂紋增多,強度降低。③灰分與焦炭的膨脹性不同，在高爐內(nèi)加熱后，灰分顆粒周圍產(chǎn)生裂紋，使焦炭碎裂、粉化。④灰分中的堿金屬和Fe２Ｏ3等都對焦炭氣化反應(yīng)起催化作用,使焦炭反應(yīng)性指數(shù)增高，影響反應(yīng)后強度。因此要求固定碳含量高而灰分含量低。⑵硫分高爐燃料（焦炭和煤粉)所帶入的硫量約占高爐硫負荷的８0％，因此要求其含量盡可能低。還有磷、堿金屬等雜質(zhì)含量盡可能低。⑶揮發(fā)分揮發(fā)分是焦炭成熟程度的標志。揮發(fā)分含量低，說明結(jié)焦后期熱分解與熱縮聚程度高，氣孔壁材質(zhì)致密，有利于焦炭顯微硬度,耐磨強度和反應(yīng)后強度的提高,因此揮發(fā)分含量以低為好。⑷水分焦炭水分波動引起入爐干焦量變化，即焦炭真實負荷的波動,因而要求焦炭水分在穩(wěn)定的前提下盡可能低,水分越高，焦粉粘附在焦塊上,不易篩除而帶入高爐,不利于生產(chǎn)。⑸磷和堿金屬含量也是需要控制的成分。⒋冷態(tài)機械強度焦碳強度與高爐生產(chǎn)狀態(tài)和操作指標密切相關(guān),包括抗碎強度M40和抗磨強度M１0兩項指標。采用米庫姆轉(zhuǎn)鼓法測定冷態(tài)機械強度。焦碳在轉(zhuǎn)動的鼓中,不斷地被提料板提起，然后落在鋼板上.在此過程中,焦碳與鼓壁和焦碳之間相互產(chǎn)生撞擊、磨檫的作用，使焦碳沿裂紋破裂以及表面被磨損，用以測定焦碳的抗碎強度和耐磨強度。鼓體是密閉的鋼板制圓筒,內(nèi)徑(1０00±５)mm,鼓內(nèi)長（10０0±５)mm，鼓壁厚度不小于５mｍ,沿鼓長方向有４根1００mm×５0mｍ×10mm的角鋼,相隔90°焊于鼓內(nèi)壁上。測量時，鼓內(nèi)裝入粒度大于6０mm的試樣50Ｋｇ,以25r/ｍin的速度旋轉(zhuǎn)４min。停轉(zhuǎn)后將鼓內(nèi)全部試樣用直徑４０mm及10mｍ的圓孔篩處理。將焦碳分成大于４０mm、４0～１0mm、小于１0ｍｍ三級.大于40mｍ一級需進行手穿孔。篩分時每次入篩量不得超過1５kg。將篩分后的各級焦碳稱重，大于4０mｍ的焦碳質(zhì)量占試樣總質(zhì)量的百分數(shù)（記為M40）為抗碎強度的指標，而小于１０mm的碎焦質(zhì)量百分數(shù)（記為M１0）為耐磨強度指標。GＢ199６—80規(guī)定：（Ⅰ類焦）M40／％≥80.０M1０／％≤8．0⒌粒度焦炭粒度要求均勻，平均以4０~50㎜為適宜⒍高溫性能(熱態(tài)條件下的物理化學(xué)性能）焦炭高溫性能包括反應(yīng)性CRＩ和反應(yīng)后強度ＣSＲ。CRI是衡量焦炭在高溫狀態(tài)下抵抗CO2氣化能力的化學(xué)穩(wěn)定性指標，反應(yīng)性高，在高爐內(nèi)被CO２溶損的比例高，導(dǎo)致焦比升高,并使焦炭氣孔增大，氣孔壁變薄，強度下降過程加劇,因此，希望焦炭反應(yīng)性低些.反應(yīng)后強度是衡量焦炭經(jīng)受ＣO２和堿金屬侵蝕狀態(tài)下保持高溫強度的能力,希望焦炭反應(yīng)后強度高一些。檢測方法（GＢ40００-83):焦炭反應(yīng)性CRI和反應(yīng)后強度ＣSR是在同一組試驗中完成的。試樣是取大于２5ｍm冶金焦20kｇ,棄去泡焦和爐頭焦，制成直徑2１～2５ｍm的焦球７0０g，分成3份，每份不少于220g.試驗時將經(jīng)過烘干備好的焦樣（200±０.5)g裝入反應(yīng)器，一起放入電爐恒溫區(qū).當(dāng)料層中心溫度達到４00℃時，通入0。8Ｌ/min的N2保護;當(dāng)料層中心溫度達到110０℃時,切斷N２改通CO２，流量為5L/mｉn;反應(yīng)２h后停止加熱,切斷ＣO2改通N2，流量為２Ｌ/min，并將反應(yīng)器從爐內(nèi)取出，在室溫下冷卻至1０0℃以下,停止通N2，打開反應(yīng)器,取出焦樣稱量，以損失的焦炭質(zhì)量占反應(yīng)前焦樣總質(zhì)量的百分數(shù)為焦炭反應(yīng)性指標（記為CRI）。將反應(yīng)后焦樣全部裝入Ⅰ型轉(zhuǎn)鼓內(nèi)（鼓體為普通光管制成，內(nèi)徑１30ｍm，長7０0mm)，以20轉(zhuǎn)/min的轉(zhuǎn)速共轉(zhuǎn)30mｉｎ,總轉(zhuǎn)數(shù)600轉(zhuǎn)。然后取出焦樣篩分、稱重,以轉(zhuǎn)鼓后大于10mｍ粒級焦炭占反應(yīng)后殘余焦炭的質(zhì)量百分數(shù)為焦炭反應(yīng)后強度指標（記為CSR)。下表是煉鐵廠２０06年1月技術(shù)專業(yè)月報中的有關(guān)焦碳質(zhì)量的部分數(shù)據(jù)。(空欄是因為原表中沒有數(shù)據(jù)）成分品名燃料化學(xué)成分水分灰分揮發(fā)分SＰ固定炭Ｍ40M10自產(chǎn)焦（大塊)5.712．680。6８０．82７。17自產(chǎn)焦(中塊）1５.1412。4９０．６1外購焦１2。28１2。8５0.619１。1９5.597.高爐高噴煤比操作對焦炭質(zhì)量的要求高爐實施噴煤技術(shù)以來，由于焦比大幅下降，料柱骨架作用日顯突出，對焦炭的質(zhì)量要求也越來越高，尤其是焦炭的強度要求更高，以提高到達風(fēng)口時保持原始粒度的能力。要求如下：⑴更好的原始強度（冷態(tài)機械強度）和更均勻的原始粒度.⑵更好的高溫強度．通過改善反應(yīng)性CＲI來提高反應(yīng)后強度CSＲ。⑶因為焦炭灰分對高爐冶煉過程特別是對焦炭質(zhì)量本身的全面影響，因此強調(diào)降低焦炭灰分。附錄：焦炭的技術(shù)要求見下表:(ＧB/Ｔ1９96——９4）粒度（ｍm）指標〉4０＞２525~40灰分，Ad％ⅠⅡⅢ不大于12．０012.01～13．513．51～15．０0硫分，S%ⅠⅡⅢ不大于0.66１～0．８００.８１~1．00機械強度抗碎強度M２5%ⅠⅡⅢ大于9２.０92.０～8８。1８8～８3.０按供需雙方協(xié)議抗磨強度,M1０％ⅠⅡⅢ不大于7。0８。510。5揮發(fā)分Ｖdａｆ％,不大于1。9水分含量，％4.0±1。0５.０±2.0不大于1２．0焦末含量，%，不大于4．０５.０12.０第二章高爐冶煉基本原理第一節(jié)高爐爐料結(jié)構(gòu)和精料高爐爐料結(jié)構(gòu)是指其原料構(gòu)成中，燒結(jié)礦、球團礦和天然塊礦的配比組合,再加上對這種配比產(chǎn)生的綜合爐料性能評價。精料就是高爐原燃料質(zhì)量的優(yōu)化。精料是爐料結(jié)構(gòu)的物質(zhì)基礎(chǔ)，精料技術(shù)是爐料結(jié)構(gòu)的理論基礎(chǔ)，精料技術(shù)發(fā)展推動了爐料結(jié)構(gòu)合理化。反過來，追求爐料結(jié)構(gòu)合理化不斷對原燃料品質(zhì)提出更新、更高的要求,促進了精料技術(shù)的進步。高爐冶煉生產(chǎn)的日益強化，要求原、燃料的質(zhì)量更優(yōu)化。精料工藝是取得優(yōu)質(zhì)原材料的重要方法，可以概括為“六字方針”即“高、熟、穩(wěn)、小、勻、凈“。分述如下：高—原料含Ｆe高，還原性高；焦炭Ｃ固含量高;熔劑ＣaO含量高；原料和焦炭的機械強度高；熟—盡量使用精熟料；穩(wěn)—原料的化學(xué)成分穩(wěn)定;小、勻、凈—指平均粒度小、粒度均勻、小于下限的粉末篩除干凈.精料是降低單位生鐵全部熱量消耗，充分利用爐內(nèi)煤氣熱能和化學(xué)能的基礎(chǔ)。對精料的要求一是質(zhì)量要好，二是成本要低。焦炭的質(zhì)量非常重要，提高焦炭質(zhì)量,擴大配煤品種、比例等降低成本的實用技術(shù)也較多,如:完善巖相配煤，防止結(jié)焦性好的煤過分粉碎和弱粘結(jié)性硬煤不粉碎的分煤種破碎技術(shù),利用廢焦油渣來做粘結(jié)劑增加型煤比例，以及鍍碳鍍膜技術(shù)等。例如：寶鋼巖相配煤有1７年,有效降低了焦炭灰分,當(dāng)焦炭灰分由1２％降低到11.3％后，不僅固定碳增加，還使反應(yīng)性CSI﹤２6%,反應(yīng)后強度﹥６６％。燒結(jié)技術(shù)是發(fā)展低碳厚料層低溫?zé)Y(jié)和低硅燒結(jié)。因而各高爐煉鐵廠根據(jù)各自的原料條件確定最經(jīng)濟的入爐配比。我廠高爐爐料結(jié)構(gòu)的基本形式是“高堿度燒結(jié)礦+酸性爐料”,酸性爐料為“球團礦＋天然塊礦”。需要指出的是，高爐冶煉要取得好的技術(shù)指標,決定因素還是礦石入爐品位.而決定生產(chǎn)高爐的爐料結(jié)構(gòu)的主要因素是煉鐵成本,即鐵前系統(tǒng)綜合經(jīng)濟效益。下表是煉鐵廠２０06年1月生產(chǎn)計劃中的爐料結(jié)構(gòu):料種高爐類別燒結(jié)礦（%）自產(chǎn)球（%）進口球（％）進口塊（％)國內(nèi)球(%）小高爐６6221002大高爐５８５20170從高爐解剖看鐵礦石的還原從解剖調(diào)查中初步肯定了高爐冶煉過程可分為五個區(qū)域,在爐料與煤氣流逆向運動過程中,熱交換、還原、熔化、渣鐵形成等反應(yīng)依次在五個區(qū)域中進行，這五個區(qū)域一般稱為五帶或五層。1．塊狀帶。爐內(nèi)料柱上部，礦石與焦炭始終保持著明顯的固態(tài)的層次緩緩下降,但層狀趨于水平,而且厚度也逐漸變薄。２．軟熔帶。它是由許多固態(tài)焦炭和黏結(jié)在一起的半熔的礦石層組成，焦炭礦石相間，層次分明，由于礦石呈軟熔狀，透氣性極差，煤氣主要是從焦炭層通過，像窗口一樣，此稱其為“焦窗”。3。滴落帶.位于軟熔帶之下，熔化后的渣鐵象雨滴一樣穿過固態(tài)焦炭層而滴落。4．風(fēng)口帶。焦炭在風(fēng)口前,由于鼓風(fēng)動能的作用在劇烈地回旋運動中燃燒,形成一個半空狀態(tài)的焦炭回旋區(qū),這個區(qū)域是高爐中惟一存在的氧化性區(qū)域。5.渣鐵帶。在爐缸下部，主要是液態(tài)渣鐵以及浸入其中的焦炭。鐵滴穿過渣層以及渣鐵界面最終完成必要的渣鐵反應(yīng)，得到合格生鐵.第三節(jié)軟熔帶的形成及其影響因素爐料在爐內(nèi)下降，經(jīng)過還原、軟化、熔化，逐步成為鐵水與爐渣滴落而積存于爐缸，由于礦石從軟熔到滴落的狀態(tài)形成了軟熔帶.軟熔層與爐內(nèi)溫度相適應(yīng)而井然有序的分布著,其分布狀態(tài)以及在爐內(nèi)的位置，因原料的性質(zhì)不同、布料不同和高爐操作不同而變化。一.軟熔帶的形狀根據(jù)炊熔帶形狀和特點可分為三種：1．倒V形：它的特點是中心溫度高，邊緣溫度低，煤氣利用好，對高爐冶煉過程的一系列反應(yīng)有著很好的影響.2．V形。它的特點是剛好與倒V形相反,邊緣溫度高,中心溫度低，煤氣利用不好，而且不利于爐缸一系列反應(yīng)，高爐操作中應(yīng)該盡是避免它。3。W形:它的特點與效果都處于倒V形與V形之間。二、影響軟熔帶的因素根據(jù)高爐解體研究以及礦石的軟熔特性,軟熔形狀與爐內(nèi)等溫線相適應(yīng)，而等溫線和煤氣中的CO2分布曲線相對應(yīng)的，在高爐操作中爐頂煤氣CO2曲線主要由裝料制度來調(diào)節(jié).其次是送風(fēng)制度的影響。因此，軟熔帶的形狀受兩個方面的影響，即裝料制度和送風(fēng)制度,前者屬于上部調(diào)節(jié)，后者屬于下部調(diào)節(jié)。例如正裝比例為主的高爐，一般是接近倒V形的軟熔帶，如果以倒裝為主或全倒裝的高爐，基本上屬于Ｖ形軟熔帶，正裝倒裝都有一定比例的高爐,一般接近Ｗ形的軟熔帶.三、軟熔帶對冶煉過程的影響軟熔帶在高爐中下部起著煤氣再分布的作用,它的形狀與位置對高爐冶煉過程產(chǎn)生明顯的影響.1．倒V形的軟熔帶（1)。氣流穩(wěn)定,煤氣利用改善,爐頂溫度降低,混合煤氣中C02值升高,焦比降低。（2）。中心煤氣流量多，邊緣煤氣流量少,溫度較低，對爐墻刷蝕較少.（３）。順行得到改善,爐缸活躍，爐溫較高，風(fēng)、渣口破損少。（4)．懸料次數(shù)減少。２。V形的軟熔帶（1）。邊緣煤氣流量多,溫度較高,爐墻刷蝕破壞嚴重，縮短高爐壽命。（2).散失熱量多，爐頂溫度降高,焦比高。（3）.煤氣能量利用差.(4)。爐缸不少活躍，中心堆積,風(fēng)、渣口破損多。3．Ｗ形的軟熔帶介于兩者之間.鐵元素的還原及生鐵的形成還原反應(yīng)的基本原理還原劑對氧的親和力必須大于被還原元素對氧的親和力。衡量各種元素對氧的親和力大小，常用這些元素氧化物的標準生成自由能△G0。在高爐冶煉條件下：Cu、Ｎi、Ｃｏ、Fe可以全部被還原;Cr、Mn、Ｖ、Si、Tｉ部分被還原；Aｌ、Mg、Ｃa完全不被還原。二、鐵氧化物的還原由實驗和生產(chǎn)實踐得知，鐵氧化物是按下面還原順序1。用CO還原：高于57０℃時3Fe２Ｏ３+CO=2Ｆe３O4+CO2+37１３0KJ(3－1)Ｆe３O4+ＣO=3FeO+CＯ2—2088８KJ（3－2）FeO+CO＝Ｆｅ＋ＣO2＋136０5KJ（3-3）低于570℃時：３Fｅ2O３＋CO=２Fｅ3O4+ＣＯ2+371３０ＫJ（3－１）Ｆｅ３O4+4ＣO＝3Ｆｅ+4CO2＋171６3KJ（3-2）上述反應(yīng)有以下幾個特點：從Fe2O逐級還原成Fｅ,除反應(yīng)式（３—2)為吸熱反應(yīng)外,其余反應(yīng)勻為放熱反應(yīng).3(2）氣相產(chǎn)物為C02.在高爐這種以ＣO為還原劑，氣相產(chǎn)物為CO2的還原反應(yīng)均稱為間接還原。（3）除反應(yīng)（3—1)式外，都是可逆反應(yīng)。在一定溫度、壓力下反應(yīng)向右或向左進行，取決于氣相反應(yīng)物和生成物的濃度，當(dāng)CＯ濃度高于生成物ＣO2的濃度時,反應(yīng)向右進行；當(dāng)ＣＯ濃度低于生成物CO2的濃度時,反應(yīng)向左進行。所以用CO還原鐵的氧化物時,氣相中含必須含有一部分CO與生成物ＣO2相平衡，不參加反應(yīng),其過量部分才參加反應(yīng).平衡所需的CO愈多，CO利用程度愈高。所以ＣO可能利用的最大限度取決于反應(yīng)平衡的氣相成分.把生成物氣相成分與反應(yīng)物氣相成分之比，稱為平衡常數(shù)，可用下式表示：KＰ=Ｐco２/Pｃo＝ＣO2%/CＯ％因為(CＯ2％）+(CO%）＝100％所以（ＣO%)＝100/(1+KP)（３－４)２．溫度對反應(yīng)的影響不同鐵氧化物在不同溫度下平衡氣相成分是不同的,用(3-４）式可求得在不同溫度下，各鐵氧化物還原反應(yīng)平衡時,氣相中CO的百分含量，可繪出圖3－12．用固定碳還原焦碳從爐頂裝入，直到風(fēng)口始終以固體狀態(tài)存在。到風(fēng)口才被鼓入的熱風(fēng)燃燒。生成煤氣并產(chǎn)生大量的熱,提供高爐冶煉所需的熱量，所以焦炭既是還原劑,又是發(fā)熱劑.礦石中鐵氧化物不可能在高爐上部全部還原,總有一部分下到高溫區(qū)進行最后還原－直接還原.（1）還原反應(yīng)的特點根據(jù)鐵氧化物還原的順序，用固體碳的還原反應(yīng)有高于5７0℃時3Fe2O3+Ｃ=2Fe3O4＋CO－１08９8２KJ(3—５)Ｆe3O4+C＝3ＦeＯ＋CO2—１943９3KJ（３-6）FｅO+Ｃ=Fe+C－15２1９0KＪ(3-7）低于570℃時：3Fe2O3＋C=2Fe３O４＋CO-108９８2KJ(3-8)Ｆe3Ｏ4+4C=3Ｆe+４CＯ－64３０9ＫJ（3—９）上述反應(yīng)有下面兩個特點:（1）都是吸熱反應(yīng),并且直接消耗焦碳中的固定碳。（2)反應(yīng)物沒有氣相，反應(yīng)產(chǎn)物有氣相，所以,反應(yīng)是不可逆的。高爐中用固體碳作還原劑，生成的氣相產(chǎn)物為CO的還原反應(yīng)統(tǒng)稱為直接還原。3。用H2還原鐵氧化物高爐冶煉過程中除CＯ和固體C外，還有燃料帶入及鼓風(fēng)水分分解等產(chǎn)生的氫氣。在沒有噴吹燃料的高爐煤氣中，一般含H2量只占1。8％-2。5%,當(dāng)高爐噴吹煤粉后,煤氣中的H２濃度隨噴吹燃料的和種類及噴吹數(shù)量而變化.4.復(fù)雜化合物中的鐵氧化物還原高爐爐料中的鐵氧化物常與其它氧化物結(jié)合成復(fù)雜的化合物,例如燒結(jié)礦中的硅酸鐵（Fe2SiO4）,熔劑性燒結(jié)礦中的鐵酸鹽(CaO.Fe2O)，釩鈦磁鐵礦中的鈦鐵礦（FeTiO3）等。這此復(fù)雜的還原首先必須分解成自由的鐵氧化物，而再被還原劑還原，因此，還原比較困難，常常會消耗更多的燃料。（1）硅酸鐵的還原由于硅酸鐵結(jié)構(gòu)致密,還原性差。當(dāng)用ＣＯ或H2還原，需在9０0℃左右開始，而且還原速度很慢，基本上都是直接還原，其反應(yīng)式為：當(dāng)用CO還原時:Ｆe2SｉO4=2FeＯ+SiＯ2-４7520KJ（３—10）2FeO+2CO=2Fe+2ＣO2+27214Ｋ（3—11）將3—10與3-１１兩式相加得：Ｆe2SiＯ４+2CO=2Fe+SiO2+2CO2—２0306KJ（3-12）3當(dāng)有固體碳存在時：Fｅ2SiO4=2FeO+ＳiO2-47520KJ（3-13)2ＦeO+２CＯ=2Fｅ＋2CO2+27214K(3－１4）2CO2+2C＝4ＣO—３31５９KＪ(3—15）將3－13、3－14與3-1５三式相加得:Fｅ２SiO4＋２Ｃ＝２Fe+SiO2+2CＯ－３51900ＫJ（3—16)在比較反應(yīng)式3－7和反應(yīng)式（3—１6)的熱效應(yīng)可知,從硅酸鹽中還原FｅO比還原自由的ＦeO要多消耗熱量419ＫJ／公斤鐵。其次,硅酸鐵的熔點低,流動性好，未經(jīng)預(yù)熱和還原就被熔化，而流入爐缸后進入爐渣。由于爐渣中有CaＯ存在，而ＣaO與SiＯ2的結(jié)合力比FeO較大，能將ＦeO置換出來,于是還原反應(yīng)式變?yōu)?Fe2SiO４＋２CaＯ＝2Fe+Ｃa２SiO4+91858ＫＪ（3－１6)2ＦeO+2C=2Fe+2ＣO-3043８0KJ（3—17）將上兩式相加得:Fe２SiO4＋2CaＯ+C=２Fe＋CaSiO4+2ＣO—212５22KJ(３-１8）可見，有CａO存在時,還原硅酸鐵的熱量有所降低。但這種還原是在爐缸中進行，要消耗爐缸中的熱量，會使爐缸中的溫度降低.所以，高爐冶煉不希望含有Fe2ＳiO4高的原料。特別是一些中小高爐，由于風(fēng)溫不高,爐缸熱儲備少，爐渣中過多的Ｆｅ2SiO4還原會造成“爐涼”和爐況不順，以及生鐵含S升高等現(xiàn)象.一些使用土燒結(jié)礦的中小高爐常出現(xiàn)這種情況.若使用較高堿度的燒結(jié)礦、球團礦及采用高風(fēng)溫和堿性渣操作等有利于Fe2SｉＯ4的還原。三、鐵氧化物的直接還原和間接還原對焦比的影響鐵氧化物由Fe2O３還原到ＦeＯ是比較容易的，正常情況下在高爐上部就可完成，即全部為間接還原.但從FｅO還原成Fｅ，在高爐上部不能全部完成。因為礦石的還原是從表及里進行的,在間接還原區(qū)域，礦石外層還原了，但內(nèi)部還原就不易.這不是因為煤氣不能達到礦石的內(nèi)部,還在于礦石的內(nèi)部溫度還不足。礦石內(nèi)部未被還原的氧化鐵隨爐料下降，勢必進入直接還原區(qū)。所以，礦石中的氧化鐵總有一部分是直接還原的。此外，由于成渣過程的進行,總有一部分ＦeＯ進入渣中，液態(tài)爐渣下降較快，也必有一部分FeO進入高爐區(qū)發(fā)生直接還原。高爐進行間接還原和直接還原區(qū)域并非固定不變。操作人員的任務(wù)力求控制高爐區(qū)不使之上移,以減少直接還原，發(fā)展間接還原.高爐爐溫下降，無非是供熱不足,或者消耗熱增多。不管哪種原因引起高爐下部直接還原增多，必然導(dǎo)致CO利用不好，增加熱量消耗和固體C的消耗,結(jié)果使爐溫下降或焦比上升。第五節(jié)高爐中非鐵元素的還原高爐中陴鐵元素外，還有錳、硅、磷等其它元素的還原。Cｕ、Ni、Co、Ｓn可以全部被還原；Cr、Mn、Ｖ、Si、Ti部分被還原；Ａl、Mg、Cａ完全不被還原.一、錳的還原錳是高爐冶煉中經(jīng)常遇到的金屬，高爐有時也煉鏡鐵或錳鐵，錳是貴重元素,高爐中的錳主要是由錳礦帶入的。高爐內(nèi)錳氧化物的還原也是由高價向低價逐級進行的,其順序為：ＭnO2→Mｎ2O3→Ｍn3O4→MnO→Ｍn其化學(xué)反應(yīng)式為:2MnO2＋CO＝Mn2O3+ＣO2+2267９7KＪ3Mn2O3+CO=２Mｎ3Ｏ4＋CO2＋170２0３KJＭｎ3O4+CＯ=3ＭｎO+CO2+5１90６KJ由于ＭnO是相當(dāng)穩(wěn)定的化合物，它的分解壓力比氧化鐵小得多，ＭnO不可能由間接還原獲得，只能靠直接還原取得。MnO＋Ｃ＝Mn＋CO－165965ＫJMn在高爐內(nèi)有部分揮發(fā)，它到上部又被氧化成Mn３Ｏ４。當(dāng)溫度在１100~1２00℃時,Mn的高級氧化物已還原到MnＯ，而MｎO未開始還原就和SiO2組成硅酸鹽進入熔融爐渣。含MnO的爐渣熔點很低，11５0~1２00℃即可熔化，因此絕大部分Mn是從液態(tài)爐渣中還原出來的。由于MnＯ在爐渣中絕大部分以硅酸鹽的形態(tài)存在，因此更難還原.要求還原溫度在１400～１500℃以上。高爐內(nèi)存在有利于Ｍｎ還原的條件，一是鐵的存在和Ｍn能溶于鐵水中就有助于MnO的還原，當(dāng)鐵存在時，MｎO在1030℃就開始還原。二是高爐中有大量Ｃ存在。三是高爐渣中大量CaO的存在也能促進MnO的還原。煉普通生鐵時大約４0~6０%的Mn進入生鐵，有5～10%的Mn揮發(fā)進入煤氣，其余進入爐渣。二、硅的還原Sｉ在自然界中以SiO2的形態(tài)存在，高爐中的硅主要來源礦石和焦炭，SｉO2是較穩(wěn)定的化合物,它的生成熱很大。很難還原.其還原順序為：SiＯ2SiOSi還原1公斤Si需要的熱量為從FeＯ中還原1公斤Fe的８倍。在高爐中,由于爐渣中的SiO2常與CaO、MｇＯ等結(jié)合成為復(fù)雜的化合物,使SiO2的還原變得更困難.Si+O2＝SｉO2+1１6580KJ首先，風(fēng)口燃燒帶高溫條件下SiＯ２氣化產(chǎn)生SiO氣體:SiO2+C=SiO＋ＣＯ而SｉO極易揮發(fā)，與C接觸良好,促進了Ｓi的還原：ＳｉO氣+C=〔Ｓi〕+CO其次,風(fēng)口前氣化產(chǎn)生的Ｓi溶解于生鐵中與下降的鐵水接觸,被鐵水中的C所還原，還原產(chǎn)生的Si很容易進入生鐵SiＯ氣＋〔C〕=〔Si〕＋CO三是由于還原產(chǎn)生的Sｉ溶解于生鐵中形成穩(wěn)定的Fe—Si化合物,同時放出熱量，有利于Si的還原，由于鐵的存在，Si開始還原的溫度可降到1０５０℃。煉鐵工作者，通常用生鐵中的含Si來表示爐溫,這是因為Si無論是液態(tài)中還是從氣態(tài)中還原，都需要很高的溫度，爐缸溫度超高，還原進入生鐵的Si就越多，反之,生鐵中含Si量越少。生產(chǎn)統(tǒng)計結(jié)果表明，爐缸溫度（渣、鐵溫度）與生鐵含量呈直線關(guān)系，因此，通常用生鐵含Si來表示爐溫，生鐵含Sｉ量成為爐缸溫度的代名詞。有時也有不完全相符的現(xiàn)象，這表明爐缸溫度失常。三、磷的還原磷在爐料中主要是以磷酸鈣（CaO３)３Ｐ2Ｏ5的形態(tài)存在，有時也以蘭鐵礦[(ＦeO)３P２O5].8H２O形態(tài)存在。磷酸鈣是比較穩(wěn)定的化合物，它在高爐內(nèi)首先進入爐渣，被渣中ＳiＯ２置換出自由狀態(tài)的P2O5改善了還原條件,再進行直接還原。盡管磷是一個難還原的元素，反應(yīng)時吸收大量的熱。但在高爐冶煉條件下，磷幾乎全部進行生鐵。四、鉛、砷、鋅還原1。鉛在爐料中常以PbSO4、PｂS等形式存在，鉛是易還原金屬,或以全部還原。還原出來的鉛（１１．３4克/厘米３）由于它的比重大于鐵水（7.8７克/厘米３），而沉入爐底磚縫,破壞爐底。2．鋅在礦石中以ZnS狀態(tài)存在，有時也以碳酸鹽或硅酸鹽狀態(tài)存在。還原的Zn很容易揮發(fā)，揮發(fā)的Zｎ到高爐上部，被CＯ２或H２O重新氧化成ZnO，部分被煤氣帶出爐外,部分隨爐料下降，再被還原劑在爐內(nèi)富集。部分Zn蒸氣滲入爐襯，在爐襯中冷凝,并被氧化成ZｎO，體積膨脹，破壞爐墻，凝附在內(nèi)壁上的ＺnＯ，積久還能形成爐瘤。３.砷是有害元素，它能降低生鐵和鋼的性能,使鋼冷脆.五．鐵礦石還原的機理（有多種理論)所謂鐵礦石還原機理,就是對鐵礦石還原過程的微觀解釋，即關(guān)于鐵礦石在還原過程中鐵氧化物的氧是怎樣被還原劑奪走和這種還原過程的快慢受哪些因素影響的限制等問題的理論說明,它是解決反應(yīng)速度問題的主要理論根據(jù)。主要理論有以下四種：Ⅰ二步還原理論；第一步，F(xiàn)eO固=Fe固＋1/2O2氣，即鐵氧化物分解；第二步，1/2O2氣+CＯ氣＝CO2氣，即還原劑氧化。Ⅱ吸附自動催化理論:ＦｅO固＋CO氣=FeO固·CO吸附FeO固·CO吸附=Fe固·ＣＯ2吸附Fｅ固·ＣO2吸附＝Ｆe固＋ＣO2氣Ⅲ固相擴散理論：鐵氧化物的還原過程中，反應(yīng)層內(nèi)有FeO,Fｅ等原子或離子的固相擴散,從而使固體內(nèi)部沒被還原的部分裸露出來，促使反應(yīng)不斷進行。實際上它是吸附自動催化理論的補充和發(fā)展。Ⅳ未反應(yīng)核模型理論：它比較全面地解釋了鐵氧化物地整體還原過程，是目前得到公認的理論.要點是：由于鐵氧化物有從高級到低級逐級還原的特點,當(dāng)一個鐵礦石顆粒還原到一定程度后,外部形成了多孔的還原產(chǎn)物-—鐵的殼層,而內(nèi)部尚有一個未反應(yīng)的核心。隨著反應(yīng)的推進,這個未反應(yīng)的核心逐漸縮小,直到完全消失。整個反應(yīng)過程按以下順序進行:氣體還原劑的外擴散→還原劑內(nèi)擴散→還原氣體吸附→界面化學(xué)反應(yīng)→氧化氣體脫附→氧化氣體內(nèi)擴散→氧化氣體外擴散.4。５影響鐵礦石還原速度的因素鐵礦石還原速度的快慢，主要取決于煤氣流和礦石的特性,煤氣流特性主要是煤氣溫度、壓力、流速和成分等，礦石特性主要是粒度、氣孔度和礦物組成.第三章造渣和脫硫爐渣對高爐冶煉過程有著重要的意義，造渣是高爐一系列物理和化學(xué)變化的重要組成部分。要煉好鐵，必須煉好渣,因為它不但影響著高爐的順行與質(zhì)量,而且影響著生鐵的質(zhì)量和高爐的壽命。第一節(jié)爐渣概述一、爐渣的來源及主要成分爐渣主要來源于:礦石中的脈石,燃料中的灰分，熔劑中和氧化物，被侵蝕的爐襯、初渣中含有大量礦石中的氧化物。對爐渣性質(zhì)起決定作用的是前三項,脈石和灰分的主要成份是ＳiＯ２和Al2O３。爐渣中的主要成份是SiO２、Al2O３、CaO、ＭｇO四種氧化物，二、爐渣的作用爐渣和生鐵相伴生成,它是高爐冶煉的副產(chǎn)品，但它對高爐冶煉過程,生鐵質(zhì)量，高爐順行,高爐壽命，爐缸熱制度等起著不容忽視的作用。1.由于爐渣具有熔點低,比重小和不熔于生鐵的特點，使渣、鐵分離，得到純凈的生鐵,并能自由地流出爐外，這是高爐造渣過程的基本作用。２．去除生鐵中的硫和有利于選擇或抑制Sｉ、Mn等元素的還原，起著控制生鐵成份的作用.3．爐渣生成了高爐內(nèi)的軟熔帶入滴落帶，對爐內(nèi)煤氣的分布和爐料的下降都有很大的影響,因此,爐渣的性質(zhì)和數(shù)量,生成的位置對爐料的順行和爐缸的熱制度起著直接的作用。4.爐渣附著在爐墻上形成渣皮，起著保護爐襯的作用，但是,在另外一種情況下又可侵蝕爐襯，破壞爐墻。因此，爐渣的成分和性質(zhì)直接影響高爐壽命.三、爐渣的堿度爐渣中堿性氧化物和酸性氧化物的比值稱為堿度。一般都用堿度這一概念作為衡量和選擇爐渣的標準.盡管組成爐渣的氧化物很多，但對爐渣影響較大和爐渣中含量最多的是ＳiＯ2、Al2Ｏ3、ＣaO、ＭgO四種氧化物,因此常用其中的堿性氧化物ＣaＯ、ＭｇO和酸性氧化物SiO2、Al2Ｏ3的重量百分數(shù)之比來表示爐渣堿度，即:R＝(CaO＋ＭgO)／(SiO2+Ａl2O3）Ｒ叫做全堿度四元堿度.但在一定冶煉條件下，渣中Al2O3的含量比較固定，生產(chǎn)過程中難以調(diào)整,因此,爐渣堿度指標計算中往往去除Ａｌ２O3，即：R＝(ＣaO＋ＭｇO）/（SｉＯ２這里叫做三元堿度,同樣,渣中MｇO的含量也比較固定，生產(chǎn)過程中也不常調(diào)整，因此,爐渣堿也去除ＭｇＯ,即Ｒ=CaＯ／SiＯ２這叫二元堿度，計算比較簡單，調(diào)整也方便,又能滿足一般生產(chǎn)工藝需要。因此，實際生產(chǎn)中大部分使用二元堿度。我國大、中型鋼鐵廠高爐選用爐渣堿度（CaO/SｉO2)一般在1．0－1。2之間,爐渣的性能爐渣的熔化性熔化性表示爐渣熔化的難易程度，若爐渣需要較高的溫度才能熔化,稱為難熔爐渣，相反叫易熔爐渣。爐渣熔化性常用熔化溫度和熔化性溫度來表示。熔化溫度爐渣的熔化溫度是指過熱的液體爐渣開始結(jié)晶的溫度，或固體爐渣加熱時晶體完全消失的溫度，熔化溫度是爐渣熔化性標志之一,熔化溫度高，表明它難熔，熔化溫度底,表明它易熔,難熔爐渣在爐內(nèi)溫度不足的情況下,可能黏度升高，影響成渣帶的透氣性，不利于高爐順行，但難熔爐渣成渣帶低,進入爐缸時溫度高,增加爐缸熱量，對高爐冶煉有利，易熔爐渣流動性好,有利于高爐順行，但降低爐缸的熱量,增加爐缸熱消耗。因此，選擇爐渣熔化溫度時，必須兼顧流動性和熱量兩個方面的因素.熔化溫度只表明爐加熱時晶體完全消失的溫度，變成為均勻液相。但有的爐渣在均一的液相下也不能自由流動，仍然十分黏稠,所以熔化溫度并不能等于爐渣自由流動的溫度.熔化性溫度爐渣熔化后自由流動的溫度叫熔化性溫度.爐渣熔化性溫度的高低影響高爐順行和爐渣能否順利排出爐外。只有熔化性溫度低于高爐正常生產(chǎn)所能達到的溫度，才能保證高爐順行和爐渣順利排出爐外。爐渣黏度爐渣黏度直接關(guān)系爐渣流動的好壞，也影響高爐冶煉順行、生鐵質(zhì)量、爐墻侵蝕、爐前放渣操作等。爐渣黏度是流動性的倒數(shù)，黏度是流動速度不同兩層液體之間的內(nèi)磨擦系數(shù).黏度越大,流動性越差.爐渣的黏度隨溫度升高而降低的。爐渣黏度對高爐冶煉的影響,第一是黏度大小影響成渣帶以下料柱的透氣性.爐渣黏度過高，在滴落帶不能順利流動，降低焦碳骨架的空隙度，增加煤氣阻力,影響高爐順行。第二,黏度影響爐渣的脫硫能力。黏度低流動性好的爐渣有利于脫硫，黏度高流動性不好的爐渣不利于脫硫。這是因為黏度低的爐渣有利于硫離子的擴散,促進脫硫反應(yīng)。第三，爐渣黏度影響放渣操作。第四，爐渣黏度影響高爐壽命，黏度高的爐渣在爐內(nèi)易形成渣皮,起保護爐襯的作用。而黏度過低，流動性好的爐渣容易沖刷爐襯，縮短高爐壽命。二。爐渣的穩(wěn)定性爐渣的穩(wěn)定性是指爐渣的化學(xué)組成和溫度變化時，爐渣的黏度和熔化性溫度變化大小的性能.即對爐渣物理性能影響的程度。爐渣和穩(wěn)定性分為熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性.在高爐冶煉過程中,由于原料成分，操作制度的變化,爐渣成分和溫度必然會或多或少的波動,如果這時使用穩(wěn)定性較好的爐渣，其渣仍能保持良好的流動性,從而可以維持正常的高爐生產(chǎn)。若使用穩(wěn)定性較差的爐渣，將會使爐渣熔化溫度和黏度突然升高,輕則引起爐況不順，嚴重時會導(dǎo)致爐缸凍結(jié)的后果。第四節(jié)造渣過程及對冶煉過程的影響石灰石在下降過程中，從５30開始分解，在900—925大量分解，超過1000區(qū)域塊狀石灰石分解完全,剛分解生成的CaO與脈石接觸不良，初渣中ＣaO的含量很少，直致大量初渣以滴落流過其表面時,才被溶解，而這個過程直致風(fēng)口前才被大部分完成。首先是塊狀帶.在這時發(fā)生省市游離水蒸發(fā)、結(jié)晶水和菱鐵礦的分解、礦石的間接還原（還原度可3０％—40%）等現(xiàn)象。同時爐渣在這個區(qū)域里發(fā)生固相反應(yīng),形成了部分低熔點化合物,為礦石和脈石的軟化和熔融創(chuàng)造了條件。其次是軟熔帶。礦石在下降過程中，溫度逐漸升高，當(dāng)接近和達到熔化溫度水平時,礦石開始軟化。軟化是由于固相反應(yīng)生成低熔點化合物，礦石之間產(chǎn)生輕度燒結(jié)和熔融，部分石已經(jīng)還原，由于FeO、MnO、SiＯ的滲入使熔點進一步降低，熔化范圍擴大,形成一層具有一定厚度的塑性層，叫做軟熔帶（也叫成渣帶）再次是滴落帶.礦石經(jīng)過軟熔帶進入滴落帶時，巳完全熔化為液態(tài)，金屬鐵和爐渣也完全分離開來,經(jīng)固體焦碳縫隙往下流動。生鐵去硫硫的來源、存在形態(tài)及危害高爐中的硫全部由爐料帶進的，通常爐料中煤和焦碳的含量最高，約占高爐爐料中硫的７0％－80％,其余部分是由礦石、熔劑帶入的。焦炭和烘煤粉中的硫主要是以有機硫的形式存在,少量的硫是以硫化鐵和硫酸鹽的形態(tài)存在，燒結(jié)礦中的硫以硫化鐵的形態(tài)存在。硫是影響鋼鐵質(zhì)量的重要因素，鋼中含有超過規(guī)定限量的硫,就會使鋼產(chǎn)生熱脆性。因而國家規(guī)定制鋼鐵含硫不能大于０。07%，鑄造鐵含硫不能大于0.０６%.二、硫在煤氣、渣、鐵中的分配高爐中的硫全部是由爐料帶入的，即：Ｓ料=S揮+S渣+Ｓ鐵(４—1)若以1公斤生鐵為計量單位，則上式可寫成:Ｓ料＝S揮+n(S)＋［S］（4—2)式中S料-爐料中帶入的總硫量（公斤／公斤．生鐵）S揮-隨煤氣揮發(fā)的硫（公斤/公斤.生鐵）ｎ－相對渣量（公斤公斤生鐵)（s）爐渣中含硫量(%）［S］生鐵中的含硫量(％)渣中硫量與鐵中硫量之比稱為硫的分配系數(shù)：Ls＝(Ｓ)/[Ｓ］(4—3)將(4－3）代入(4－2)中：S料=Ｓ揮+nLs［S］+［S]則：[Ｓ］=（S料-S揮）/(1＋nLs）從上式看,生鐵含量決定于下列四個因素:1.冶煉單位生鐵爐料帶入的總硫量。2．冶煉單位生鐵所生成的煤氣中揮發(fā)的量。3．冶煉單位生鐵生成渣的多少。4．硫在渣鐵間的分配系數(shù)。三、影響爐渣脫硫能力的因素1。爐渣的化學(xué)成分（1）爐渣的堿度爐渣的堿度是脫硫的關(guān)鍵因素。一般規(guī)律是爐渣堿度愈高,脫硫能力愈強。（２）MgOMgO也有一定的脫硫能力，但不及CaＯ，這是由于MgＳ不及ＣａS穩(wěn)定。（３）Ａl2O３不利于脫硫。（4)ＦeO對脫硫及為不利。2.渣鐵溫度溫度對爐渣的脫硫能力影響很大.(1)由于脫硫是吸熱反應(yīng)，提高溫度對脫硫反應(yīng)有利。(2）提高溫度能降低爐渣黏度,促進硫離子和氧離子的擴散，可加快脫硫反應(yīng)速度;(３）提高溫度能使ＦｅＯ加速還原，降低渣FeO的含量，對脫硫反應(yīng)也是有利的。３．爐渣黏度爐渣黏度對脫硫反應(yīng)影響很大。爐渣黏度低,流動性好,有利于氧離子和硫離子的擴散，高爐操作高爐操作穩(wěn)定有利于脫硫;當(dāng)高爐不順行、煤氣分布失常、爐缸工作不均勻、結(jié)瘤等都會導(dǎo)致生鐵含硫量升高，第四章爐料和煤氣運動爐料和煤氣的相對運動是高爐煉鐵的一大特點,一切物理和化學(xué)過程都是在其相對運動發(fā)生、發(fā)展和完成的。第一節(jié)爐料下降及力學(xué)分析一、爐料下降的條件爐料均勻下降是高爐順行的生要條件,爐料的運動過程和煤氣的合理分布也密切相差。爐料下降的動力是自重，而爐料下降的前提條件是在爐內(nèi)不斷存在使其下降的自由空間，而形成自由空間的原因是:１。焦炭中的固定碳在在風(fēng)口前燃燒變成氣體離開高爐，它為爐料提供３５%—40%的自由空間.２。焦炭中的固定碳在下降過程中被爐料中的氧氣物所氧氣(參加直接還原反應(yīng)），使體積縮小,提供15%左右的空間。３．在爐料下降過程中，小塊不斷充填于大塊之間，重新排列，壓緊并隨溫度升高而熔化為液相，使體積縮小,可提供3０%左右的空間。4。定期排放渣鐵，可使爐內(nèi)經(jīng)常保持一定的空間，使上部爐料得以下降.二、爐料下降和力學(xué)分析在高爐冶煉過程中，使爐料下降的是重力。而阻礙爐料下降的則有：（1）爐墻的磨擦力;（2）爐料之間的相對磨擦力;（3）煤氣流對爐料的支撐力。按以上的關(guān)系，可用下式來表示：F＝(W料-Ｐ墻－P料)—△P式中F-決定爐料下降的力W料-爐料本身的重量P墻-爐料與爐料之間磨擦力的垂直分量P料－料塊相對運動時,料塊間磨擦力的垂直分量△P-煤氣通過料層的總壓差設(shè)：W效=W料－P墻－P料即為爐料下降的有效重量。顯然，F(xiàn)值越大，W效較△P愈大，愈有利于爐料的順行;反之,就不利于爐料的順行。當(dāng)W效等于或小于△Ｐ時，將產(chǎn)生難行或懸料。第二節(jié)煤氣流在高爐內(nèi)的合理分布一、煤氣分布類型１.邊緣發(fā)展型：是煤氣主要從邊緣通過，邊緣溫度高，邊緣處軟熔帶位置也高。相應(yīng)的中心年煤氣通過數(shù)量少，溫度低，軟熔帶位置也低。這種分布類型其軟熔帶的形狀很象“V型”.這種類型煤氣的能量利用差，燃料比高,由于大量煤氣從爐墻附近通過，對爐墻的沖刷破壞作用大,縮短高爐壽命。2。中心發(fā)展型:是煤氣主要從高爐中心通過，中心溫度高，中心處軟熔帶位置也高。相應(yīng)的邊緣的煤氣通過數(shù)量少,溫度低，軟熔帶位置也低。這種分布類型其軟熔帶的形狀很象“倒V型"。3．雙峰型：這種煤氣介于類型“邊沿發(fā)展型”和“中心發(fā)展型”之間。即煤氣從高爐邊沿和中心兩個區(qū)域大量通過.它的作用介于兩者之間,它的軟融帶呈“Ｗ型”。4。平坦型：這種類型沿高爐斷面較均勻通過，礦石與煤氣接觸充分。煤氣能量利用好，燃料比低。因煤氣在高爐斷面均勻分布,同一平面各點溫度接近，形成的軟融帶也是平坦的,沒有“氣窗”，煤氣通過阻力大，高爐難以順行.影響煤氣分布的因素一、影響爐料沿爐喉半徑分布的因素1.爐料的物理性質(zhì)散料體從一個不太高的空間落到?jīng)]有阻擋的平面上會形成一個自然圓錐，錐面與水平面之間的夾角叫做“自然堆角”.各物料在一定的篩分組成和濕分下，其自然堆角是不變的,同一物質(zhì)在粒度較小時,堆尖較大，而同一料堆中大塊又易滾到堆角，粉未和小塊則較集中于堆尖。各物料的物理性質(zhì)不同,在爐內(nèi)分布也不同,因此對上升煤氣流產(chǎn)生不同的影響。邊緣和中心焦炭與大塊礦石較多，故透氣性好,對煤氣阻力小;堆尖附近由于富集大量的碎塊和粉未，因而透氣性差,通過的煤氣也少,爐喉煤氣中CO２的最高點和溫度的最低點，正是處在堆尖下面.2．裝料制度（2)裝料次序每批料中的礦石和焦炭先后裝入大料斗中，開啟大鐘使其一起落下，叫同裝，若礦石和焦炭分別裝入爐內(nèi)則叫分裝,先裝礦石后裝焦炭叫正裝,反之，先焦后礦叫倒裝。倒裝比正裝有更多的焦炭集中于邊緣，邊緣氣流逐漸發(fā)展.(2）料線大鐘呈開啟的位置時,其下沿到料面的距離稱為料線高度，(旋轉(zhuǎn)溜槽垂直位置到料面的距離）料線高,堆尖遠離爐墻,發(fā)展邊緣；料線低，堆尖接近爐墻，加重邊緣；料線適中時，堆尖剛好靠近爐墻，邊緣最重。改變料線是調(diào)劑布料的一個手段,一般情況下,欲抑制中心，發(fā)展邊緣，可提高料線；反之，應(yīng)降低料線。（3)批重爐料是按一定重量分批裝入高爐的。由于礦石和焦炭在爐內(nèi)具有不同的堆角,所以在不同的批重下，它在爐喉分布也不一樣。要加重邊緣，可縮小礦批；要抑制邊緣，可縮小礦批。3．爐型及其它因素（略)二、無料鐘布料的特點1．布料靈活性高它采用了任意改變傾角的旋轉(zhuǎn)溜槽和料流調(diào)節(jié)閥門來完成布料，可把料布到爐喉斷面的任何部分，可有效控制爐料偏析，能充分利用煤氣熱能及化學(xué)能.2．密封可靠它采用小直徑（一般直徑￠800mm－９00ｍｍ)的上、下密封閥來實現(xiàn)爐頂煤氣密封。由于密封性改善，有利于爐頂壓力的提高.3。爐頂裝料裝置部件體積小，重量輕，維修方便。4．爐料稱量準確5．可實現(xiàn)環(huán)形、定點、螺旋、扇形布料.三、選擇合理的送風(fēng)制度選擇合理的送風(fēng)制度的關(guān)鍵在于控制回旋區(qū)的大小,保持爐缸工作活躍，促使煤氣合理分布。送風(fēng)制度與風(fēng)口面積、風(fēng)口長度和形狀有關(guān)，增加風(fēng)口長度有利于回旋區(qū)向爐心伸延，而縮短風(fēng)口有利于煤氣向邊緣發(fā)展。四、上下部調(diào)節(jié)的合理利用下部調(diào)劑,是指對風(fēng)量、風(fēng)速、風(fēng)溫、噴吹量及鼓風(fēng)濕分等因素的調(diào)劑。其目的在于維持合理的回旋區(qū)大小，使爐缸工作均勻，活躍、穩(wěn)定、氣流初始分布合理。風(fēng)量、風(fēng)速的調(diào)劑主要是通過改變風(fēng)口直徑的大小。而風(fēng)口長度的調(diào)劑則應(yīng)使其適應(yīng)爐缸工作的要示,在中心不活躍時,可臨時改用較長的風(fēng)口;在中心過吹時，則縮小風(fēng)口長度能減少爐缸邊緣、呆滯區(qū)域,強化冶煉過程。此外,在特殊情況下(如開爐初期、爐況長期不順、鐵口工作不正常、控制冶煉強度等),可臨時堵部分風(fēng)口,但應(yīng)注意，長期堵風(fēng)口是不合理的。下部調(diào)劑，則是借助于裝料順序、料批大小、料線高低和溝槽化傾角的調(diào)劑，使爐料分布和上升的煤氣相適應(yīng)，既保證爐料有足夠的透氣性,使下料順暢，而又不形成管道。上下部調(diào)節(jié)的目的在于尋求合理的煤氣分布，以保證冶煉過程正常進行。第五章爐內(nèi)操作第一節(jié)基本操作制度高爐基本的操作制度包括:熱制度、送風(fēng)制度、造渣制度和裝料制度。高爐操作者根據(jù)高爐強化程度、冶煉的生鐵品種、原燃料質(zhì)量，高爐爐型及設(shè)備狀況來選擇合理的操作制度.一、熱制度高爐熱制度是指高爐爐缸應(yīng)具有的溫度水平,它反應(yīng)高爐爐內(nèi)熱量收入與支出的平衡狀態(tài)。爐缸溫度可用鐵水和熔渣溫度來表示,這稱為“爐缸的物理”熱,也可用生鐵含硅量的高低來表示爐缸溫度，這稱之為“爐缸的化學(xué)熱”，（一)熱制度的選擇在一定的原燃料條件下，合理的熱制度要根據(jù)高爐的具體特點及冶煉品種來定。保證生鐵含硅量、含硫量在所規(guī)定的范圍內(nèi)。冶煉制鋼生鐵時［Sｉ］含量控制在0。2％—０．5％之間。（二)影響熱制度的主要因素1.爐料與煤氣流分布對熱制度的影響爐料和煤氣流的相對運動是冶煉過程最基本的運動形式。一切物理和化學(xué)反應(yīng)都在這一相對運動中發(fā)生、發(fā)展和完成。因此，爐料與煤氣分布狀態(tài)如何成為影響高爐熱度的主要因素。２.原燃料性質(zhì)對熱制度的影響(1）礦石質(zhì)量的影響。礦石品位、粒度、還原性等的波動對爐溫影響較大.一般礦石的品位提高1％，焦比約降2％，產(chǎn)量提高３%。燒結(jié)礦中FeO增加1％,焦比升高1．5%,礦石粒度均勻有利于透氣性改善和煤氣利用提高。(2）焦炭質(zhì)量的影響.焦炭含硫量增加0．1%,焦比升高1.２%-2。0％,灰分增加１%，焦比上升2%左右，因此，焦炭含硫量及灰分的波動，對高爐熱制度都有很大的影響。3．其它操作制度的影響風(fēng)溫是高爐生產(chǎn)主要熱能來源之一。調(diào)節(jié)風(fēng)溫可以及時改變爐缸熱制度;噴吹燃料也是熱源和還原劑的來源，噴吹燃料使爐缸中心溫度升高，整個爐缸截面積溫度梯度減少,保證爐缸均勻活躍。二、送風(fēng)制度送風(fēng)制度是在一定的冶煉條件下，保持合適的鼓風(fēng)參數(shù)和風(fēng)口進風(fēng)狀態(tài)，以達到煤氣合理分布，使爐缸工作均勻活躍,爐況穩(wěn)定.(１）風(fēng)量風(fēng)量對高爐冶煉下料速度、煤氣分布、造渣制度和熱制度都將產(chǎn)生影響。一般情況下,風(fēng)量與下料速度，冶煉強度和生鐵產(chǎn)量成正比關(guān)系。風(fēng)量的調(diào)節(jié)作用是：控制料速、實現(xiàn)計劃冶煉強度，以保持料線不變；穩(wěn)定氣流,在爐況不順的初期，減少風(fēng)量是降低壓差，消除管道、防止難行、崩料和懸料的有效手段.爐涼減風(fēng)控制下料速度。（2）風(fēng)壓風(fēng)壓直接反應(yīng)爐內(nèi)煤氣與料柱透氣性的適應(yīng)情況。（3)風(fēng)溫提高風(fēng)溫可大幅度地降低焦比,是高爐強化冶煉的主要措施。在高爐生產(chǎn)中，要盡量采用高風(fēng)溫操作，充分發(fā)揮高風(fēng)溫對爐況的有利作用。(４）風(fēng)口面積和長度在高冶煉強度時,由于風(fēng)量、風(fēng)溫必須保持較高的水平,通常改變風(fēng)口的進風(fēng)面積的辦法來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)動能，有時也改變風(fēng)口長度的辦法來調(diào)節(jié)邊緣與中心氣流,所以調(diào)節(jié)風(fēng)口的直徑和長度成為下部調(diào)節(jié)的重要手段。三、裝料制度裝料制度是對爐料裝入爐內(nèi)方式方法的有關(guān)規(guī)定。爐料裝入的設(shè)備有鐘式裝料設(shè)備和無料鐘裝料設(shè)備.（一)裝料順序（略)(二)批重大小礦石批重與原料條件有著密切的關(guān)系，它隨冶煉強度的提高，礦石的批重也相應(yīng)擴大。（三）料線（略)四、造渣制度高爐根據(jù)